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DIN EN ISO 6892-1, ASTM E 8 - Essai de traction sur matériaux métalliques à température ambiante

La norme DIN EN ISO 6892-1 pour l’essai de traction sur matériaux métalliques a été publiée en février 2017. Elle normalise l'essai de traction à température ambiante et définit les grandeurs caractéristiques mécaniques.

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  • Brochure sur le secteur d’activité: Métal PDF 8 MO

Description de la demande d’essai / méthode d’essai

L'essai de traction est l'essai mécanique le plus important et le plus répandu au monde; il détermine des caractéristiques de résistance et d'allongement, décisives pour la conception et construction de composants, d'articles d'usage quotidien, de machines, de véhicules et de bâtiments. 

La demande d’essai sert à déterminer les valeurs caractéristiques de manière fiable et reproductible et à obtenir une comparabilité internationale. 

L’essai de traction uni axiale permet de déterminer les grandeurs caractéristiques pour la limite d'élasticité ou limite d'élasticité conventionnelle, la résistance à la traction et l’allongement à la rupture. Cette méthode d’essai permet également de déterminer la limite d'élasticité inférieure, l'allongement à la limite d'élasticité et les allongements à la force maximale. 

Essai de traction sur matériaux métalliques ISO 6892 et ASTM E 8 - Différenciation en fonction des limites d’utilisation en température

La méthode d’essai de traction des matériaux métalliques distingue quatre plages de température pour la réalisation de l’essai: la température ambiante, la température élevée, la basse température et la température de l'hélium liquide. Les différentes plages de température et le milieu de l'hélium liquide induisent des exigences très différentes aux systèmes d'essai et à la méthode d'essai, de même qu’aux éprouvettes à préparer. La norme internationale ISO se subdivise par conséquent en quatre parties traitant chacune de l'une des plages de température mentionnées ci-dessus:

  • ISO 6892-1 Méthode d'essai à température ambiante
  • ISO 6892-2 Méthode d'essai à température élevée
  • ISO 6892-3 Méthode d'essai à basse température
  • ISO 6892-4 Méthode d'essai dans l’hélium liquide

Outre ces normes ISO de portée internationale, des normes nationales, telles que l'ASTM américaine, la EN européenne, la JIS japonaise et la GB/T chinoise sont également appliquées au niveau international. D’autres normes spécifiques pourront être requises pour des domaines d’application particuliers, par exemple l’aviation.

DIN EN ISO 6892-1, ASTM E 8 essai de traction sur matériaux métalliques à température ambiante

Les principales normes utilisées pour l’essai de traction sur matériaux métalliques sont la DIN EN ISO 6892-1 et la ASTM E 8. Les deux normes spécifient la forme des éprouvettes et leurs essais. L'objectif des normes est de décrire et de spécifier une méthode d’essai permettant de déterminer des grandeurs caractéristiques comparables et correctes lorsque différents systèmes d'essai sont utilisés. Cela signifie également que les exigences normatives formulent des exigences d’ordre général, permettant de conserver une marge de manœuvre suffisante pour la mise en œuvre technique et l'innovation.

Les principales grandeurs caractéristiques de l’essai de traction sur matériaux métalliques sont:

  • La limite d'élasticité; plus précisément la limite d'élasticité supérieure et la limite d'élasticité inférieure (ReH et ReL)
  • La limite d'élasticité conventionnelle; généralement déterminée comme „limite d'élasticité équivalente“ (Rp0,2) à un allongement plastique à 0,2%
  • L’allongement à la limite d'élasticité; plus précisément l'allongement à la limite d'élasticité mesuré par extensométrie, car sa détermination impose l’utilisation d'un extensomètre (Ae) (Ae)
  • La résistance à la traction (Rm)
  • L’allongement uniformément réparti (Ag)
  • L’allongement à la rupture (A), l’importance des spécifications normatives relatives à la longueur du gabarit y est décisive

La résistance à la traction à différents niveaux de durcissement du matériau

Pour les matériaux métalliques présentant une limite d'élasticitéhttps://www.zwickroell.com/de-de/materialpruefung-werkstoffpruefung/zugversuch/streckgrenze prononcée, la force de traction maximale est définie comme la force la plus élevée approchée après la limite d'élasticité supérieurehttps://www.zwickroell.com/de-de/materialpruefung-werkstoffpruefung/zugversuch/streckgrenze. Dans le cas de matériaux faiblement renforcés, la force de traction maximale après dépassement de la limite d'élasticité peut également être inférieure à la limite d'élasticité - ce qui signifie alors la résistance à la traction est inférieure à la valeur pour la limite d'élasticité supérieure.

Sur l’illustration, le diagramme de contrainte-déformation présente une courbe avec écrouissage élevé (1) et écrouissage faible (2) après la limite d'élasticité.

Pour les plastiques présentant une limite d'élasticité et une chute de contrainte ultérieure, la résistance à la traction correspond en revanche à la résistance à la traction de la contrainte à la limite d’élasticité.

Limite d'élasticité (ReH et ReL), limite d'élasticité conventionnelle (Rp et Rt) et résistance à la traction (Rm)

Pour la détermination de la limite d'élasticité et de la résistance à la traction seule une mesure précise de la force est nécessaire, tandis que pour toutes les autres grandeurs caractéristiques une mesure automatique de la déformation réalisée avec un extensomètre (ou une mesure manuelle de la déformation) sera requise pendant l’essai (ou après le retrait de l’éprouvette/des résidus d’éprouvette).

Demande relative à la mesure de la force et à la mesure de la déformation

Les principales exigences décrites concernent la mesure de la force et la mesure de la déformation de l’éprouvette sous l’effet de la force.

  • Pour la mesure de la force, la série ISO 6892 se réfère à l’ISO 7500-1 Essai et étalonnage des dispositifs de mesure de la force des machines d’essai de traction et de compression et exige au moins la classe 1.
  • Pour la mesure de la déformation, la série ISO 6892 se réfère à la norme ISO 9513 Étalonnage des dispositifs de mesure de la déformation pour les essais de charge uniaxiaux et exige au moins la classe 1 pour la détermination des limites d'élasticité; la classe 2 peut être utilisée pour la mesure d'autres grandeurs caractéristiques (avec des déformations supérieures à 5%).

Outre le processus d’étalonnage, les normes pour la mesure de la force et de la déformation décrivent principalement les résultats et définitions pour les classifications de types. Ce dernier point est décisif pour l'application dans la pratique des essais. L'appartenance à une classe permet de déterminer les écarts maximaux admissibles et résolutions pour le système de mesure étalonné, qui devront être utilisés pour déterminer l'incertitude de mesure du système de mesure.

  • Pour la mesure de la force, l’ASTM E 8 se réfère à l’ASTM E 74,
  • pour la mesure de la déformation, elle se réfère à l’ASTM E 83.
  • Bien que les normes appliquées au niveau international diffèrent parfois en termes de structure du contenu, leurs définitions et exigences sont coordonnées de telle manière que les grandeurs caractéristiques pertinentes de l'essai de traction ne diffèrent pas de manière significative.

L'évaluation et donc la classification des systèmes de mesure de la déformation ou extensomètres constitue cependant une exception. Alors que l’ISO 9513 fait référence à la valeur cible à atteindre pour l'écart, l’ASTM E 83 prend également en compte le rapport à la longueur de référence initiale. Un extensomètre conçu pour de petites longueurs de référence initiale doit remplir des exigences métrologiques plus élevées qu'un extensomètre destiné à des longueurs de référence initiales plus grandes. 

Les grandeurs caractéristiques, pour lesquelles l’utilisation d’un extensomètre de classe 1 au moins d’après ISO 9513 est requise pour l’essai de traction sur matériaux métalliques, sont: 

  • Pente initiale de la courbe de contrainte-allongement mE
  • Limites d'élasticité conventionnelles Rp et Rt

Les grandeurs caractéristiques, pour lesquelles l’utilisation d’un extensomètre de classe 2 au moins d’après ISO 9513 est requise pour l’essai de traction sur matériaux métalliques, sont: 

  • Allongement à la limite d'élasticité Ae
  • Allongements uniformément répartis Ag et Agt de même que
  • Plage de plateau e autour de la résistance à la traction Rm ou de la force de traction maximale Fm
  • Allongements à la rupture A et At

Impact de la vitesse d'essai sur les limites d’élasticité (ReH et ReL) et limites d'élasticité conventionnelles (Rp et Rt)

Outre la mesure précise de la force et de l’allongement, les vitesses d’essai sont également essentielles à la détermination correcte des limites d’élasticité (ReH et ReL) et limites d’élasticité conventionnelles (Rp et Rt):

  • Les principales caractéristiques des matériaux métalliques sont significativement dépendantes du taux de déformation (ou vitesse de déformation) et changent avec celui-ci.
  • Des taux de déformation (ou vitesses de déformation) plus élevés induiront par conséquent des grandeurs de résistance plus élevées.
  • Selon l'alliage et la qualité du matériau métallique, la dépendance à la vitesse de déformation ou au taux de déformation peut être très importante, c'est-à-dire en dehors des limites de spécification pour des qualités correspondantes.
  • Cela a conduit à une normalisation internationale visant à introduire une méthode supplémentaire pour fixer une vitesse d'essai adaptée, qui exige le respect des taux de déformation spécifiques ou vitesses de déformation à l’intérieur de tolérances plus étroites dans toutes les phases d'essai.

Afin d'améliorer la fiabilité des résultats lors de la détermination des limites d’élasticité et limites d’élasticité conventionnelles, l'ISO et l'ASTM ont, depuis 2009, également introduit le contrôle du taux de déformation ou contrôle de la vitesse de déformation dans leur norme pour l’essai de traction sur matériaux métalliques.

Les deux normes, puis d'autres normes nationales telles que JIS Z 2241 et GB/T 228, ont proposé deux modes de mise en œuvre de ce contrôle du taux déformation:

  • premièrement, un contrôle automatique utilisant le signal de l'extensomètre (boucle fermée, "closed loop") et
  • deuxièmement, un réglage manuel par prescription d’une vitesse traverse pour approche du taux de déformation correspondant lors de la détermination de la grandeur caractéristique (boucle ouverte, "open loop").

La première méthode utilise les solutions techniques modernes des contrôleurs d'entraînement permettant le maintien automatique de la vitesse traverse dans la plage de tolérance spécifiée par la norme pour le taux de déformation. Cette méthode nécessite un système d’essai coordonné avec la technologie de contrôle, mais simplifie considérablement l’essai et élimine les erreurs liées au réglage de la vitesse traverse. Cette méthode de contrôle est donc recommandée.

Plages de vitesse d’essai d’après ISO 6892-1 et EN 10002-1:2001 dans les différentes phases d’essai

Allongement à la rupture A et At

L’allongement à la rupture A ou At est une mesure de ductilité, c'est-à-dire de fluidité ou formabilité d'un matériau.

L’allongement à la rupture At nécessite l’utilisation d’un extensomètre qui sera positionné sur l’éprouvette jusqu’à la rupture de celle-ci et permettra de mesurer sa déformation. 

Longtemps mesuré manuellement, l’allongement à la rupture A se mesure aujourd’hui avec un extensomètre. La détermination correcte du point de rupture (break point) revêt par conséquent une importance décisive pour la mesure automatique.

Des algorithmes modernes, qui analysent automatiquement la courbe de contrainte-déformation, garantissent la détermination fiable et précise du point de rupture/de l’allongement à la rupture. La position de rupture le long de l'éprouvette, ou plus précisément la longueur calibrée de l'éprouvette, est également essentielle pour une détermination fiable et précise de l'allongement à la rupture. Lorsque la rupture ou la défaillance se situe en dehors de la longueur de référence des extensomètres avec contact, une détermination correcte de la déformation plastique ne peut cependant être données pendant la striction ou défaillance de l'éprouvette. Les algorithmes d'exploitation renseignent la position de défaillance ou de rupture (par rapport aux points de mesure de l'extensomètre), mais la valeur d’allongement à la rupture fournie est imprécise.

Les extensomètres optiques sans contact, qui mesurent toute la longueur calibrée de l’éprouvette, permettent par contre une détermination précise de la position de rupture ou de la défaillance. Lorsque la position de rupture se situe en dehors de la longueur de référence initiale, l'allongement à la rupture peut encore être déterminé conformément à la norme ISO 6892-1:2017 annexe I, si le nombre de repères de mesure adéquat a été respecté et utilisé pendant l’essai. Le laserXtens Array ainsi que le videoXtens Array peuvent résoudre ces demandes (option). Cela signifie que les allongements à la rupture peuvent être déterminés automatiquement, de manière fiable et précise pour 100 % des éprouvettes.

La norme JIS Z 2241 prévoit d’effectuer une classification de la position de rupture. Cela s’effectue en principe manuellement par inspection visuelle ou par mesure séparée sans contact. Ces deux méthodes demandent du personnel et du temps. Grâce aux extensomètres optiques modernes sans contact et les extensomètres de variation largeur, cette tâche peut être résolue automatiquement pendant l'essai de traction: la spécification de la classe (selon la position de rupture A, B ou C) fait alors partie intégrante des résultats déterminés et documentés.

Vidéo: Essai de traction sur matériaux métalliques ISO 6892-1 / ASTM E 8

Essai de traction sur matériaux métalliques ISO 6892-1 méthode A1 et A2

testXpert III: Essai de traction sur matériaux métalliques d’après ISO 6892-1

Le Programme d’essai standard permet de choisir parmi les différentes méthodes de l’ISO 6892 et de l’ASTM E8, testXpert III s'occupe du reste - tous les réglages importants sont déjà prédéfinis dans testXpert III. Voyez par vous-même!

Essai de traction sur matériaux métalliques d’après ISO 6892 et ASTM E8

L'essai de traction sur matériaux métalliques conformément à la norme ISO 6892 et ASTM E8 a été actualisé pour inclure le contrôle de la déformation en boucle fermée. testXpert III propose des programmes d'essai standard préparés également pour cette méthode d'essai.

Validation logicielle TENSTAND

Fiabilité des résultats d'essai avec la validation conforme à l'ISO 6892-1/TENSTAND 

Les résultats d’essai déterminés conformément à la norme ISO 6892-1 par le logiciel d'essai peuvent être vérifiés et validés à l'aide d'un ensemble de données et de résultats d’essai convenus au niveau international. Dans le cadre du projet européen "TENSTAND", des données brutes provenant d'essais de traction sur métal ont été générées et qualifiées. Des résultats d’essais et couloirs de résultats ont été déterminés et qualifiés à partir de ces données. Grâce à ces jeux de données et de résultats "TENSTAND", le logiciel d’essai peut être vérifié de manière rapide et fiable en comparant les résultats. Le "National Physical Laboratory" (NPL) de Londres tient à disposition ces jeux de données et de résultats.

  • NPL (Nationales Physikalisches Laboratorium) est l'Institut national de mesure du Royaume-Uni. C'est aussi un centre d'excellence mondiale dans le domaine de la science et de la technologie. 
  • Ses principales tâches sont: la détermination des constantes naturelles et fondamentales, ainsi que la représentation/ préservation et transfert des unités du système international d'unités (SI); le NPL propose également des prestations d'étalonnage (UKAS).

Résultats sûrs et reproductibles avec TENSTAND et testXpert III

Vérifiez vos résultats d'essai avec la validation logicielle TENSTAND.

  • Charger les jeux de données brutes ASCII "TENSTAND" de NPL dans testXpert III
  • Déterminer les résultats d’essais, à partir des jeux de données brutes, avec testXpert III
  • Comparer des résultats individuels aux résultats "TENSTAND"

Principales exigences dans la norme DIN EN ISO 6892-1:2017

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Produits adaptés à la réalisation de l’essai de traction sur matériaux métalliques d’après ISO 6892-1, ASTM E 8

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